JP3153688B2 - Tunnel excavation machine position detection system - Google Patents
Tunnel excavation machine position detection systemInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、小口径の非開削トンネ
ル掘削工事を行うトンネル掘削マシンの位置検出システ
ムに係り、特に、小口径のトンネルにおいてもリアルタ
イムで高精度の位置検出を可能とするトンネル掘削マシ
ンの位置検出システムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting system of a tunnel excavating machine for excavating a small-diameter non-excavated tunnel, and more particularly to a real-time highly accurate position detection for a small-diameter tunnel. The present invention relates to a position detection system for a tunnel excavating machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】トンネル掘削工事には地面を開削して行
う開削トンネル掘削工事と地面を開削しないで行う非開
削トンネル掘削工事とがある。2. Description of the Related Art There are two types of tunnel excavation work: excavation tunnel excavation work performed by excavating the ground and non-excavation tunnel excavation work performed without excavating the ground.
【0003】図9に従来の開削トンネル掘削工事の例を
示す。この図に従って開削トンネル掘削工事の手順を説
明する。まず、トンネルの工事ルートに沿って図の右側
と左側間の地面Gを規定の深さだけ掘り、溝91を形成
する。この溝内に工事ルートに沿って塩化ビニル又はポ
リエチレンのパイプ(図示せず)を敷設する。溝91を
埋め戻すことによりパイプを埋設した状態にする。この
埋設されたパイプが小口径のトンネルとなる。FIG. 9 shows an example of a conventional excavation tunnel excavation work. The procedure of the excavation tunnel excavation work will be described with reference to this figure. First, the ground G between the right side and the left side of the figure is dug to a specified depth along the tunnel construction route to form a groove 91. A vinyl chloride or polyethylene pipe (not shown) is laid in the groove along the construction route. By filling back the groove 91, the pipe is buried. This buried pipe becomes a small-diameter tunnel.
【0004】図10に従来の非開削トンネル掘削工事の
例を示す。この図に従って非開削トンネル掘削工事の手
順を説明する。まず、トンネル開始点101より掘削ド
リル102を地中に注入する。トンネル開始点101に
設置した掘削ドリル圧入機103で掘削ドリル102を
回転させながら圧入し、トンネルを掘削する。掘削ドリ
ル102は回転を伝達する圧入パイプ104を介して掘
削ドリル圧入機103に連結されており、圧入パイプ1
04を繰り出すことにより掘削ドリル102が前進す
る。このとき掘削ドリル102が工事ルートどおりに進
んでいるかどうかを確かめるためにトンネルのルート計
測が行われる。ルート計測は、後述のように例えば掘削
ドリルの先端を電波探査して行う。トンネル到達点10
5まで掘削ドリル102が到達したら、掘削ドリル10
2の先端にパイプ(図示せず)を接続する。掘削ドリル
102をトンネル到達点105からトンネル開始点10
1へ逆戻りさせ、掘削ドリル102に伴わせてパイプを
地中に導く。掘削ドリル102がトンネル開始点101
に到着したとき、パイプがトンネル開始点からトンネル
到達点まで敷設され、小口径のトンネルが完成する。FIG. 10 shows an example of a conventional uncut tunnel excavation work. The procedure of the uncut tunnel excavation work will be described with reference to FIG. First, a drill 102 is injected into the ground from a tunnel starting point 101. The excavation drill 102 is press-fitted by rotating the excavation drill 102 with the excavation drill press-fitting machine 103 installed at the tunnel starting point 101 to excavate the tunnel. The drilling drill 102 is connected to a drilling drill press-fitting machine 103 via a press-fitting pipe 104 for transmitting rotation.
The drilling drill 102 moves forward by feeding out 04. At this time, tunnel route measurement is performed to check whether the excavation drill 102 is proceeding according to the construction route. The route measurement is performed, for example, by radio wave exploration of the tip of the drilling drill as described later. Tunnel arrival point 10
When the drill 102 reaches 5, the drill 10
2 is connected to a pipe (not shown). Excavation drill 102 is moved from tunnel arrival point 105 to tunnel start point 10
1 and the pipe is guided underground with the drill 102. Excavation drill 102 is tunnel starting point 101
At the time of arrival, a pipe is laid from the tunnel start point to the tunnel arrival point, and a small-diameter tunnel is completed.
【0005】開削トンネル掘削工事は地面を掘り起こす
ため、次のような欠点がある。即ち、工事に長い時間と
多くの費用とが必要となる。土壌等に対する環境破壊が
生じる。工事中の交通障害など一般の人の日常生活に障
害を与える。これに対し、非開削トンネル掘削工事は上
記の欠点がない。しかし、掘削ドリルが地中を進んでい
るため、地中をトンネル開始点からトンネル到達点まで
計画したルートどおりに掘削するにはルート計測が欠か
せない。[0005] The excavation tunnel excavation work has the following disadvantages because it excavates the ground. That is, a long time and a lot of costs are required for the construction. Environmental destruction of soil and the like occurs. Disturbs the daily life of ordinary people, such as traffic obstacles during construction. On the other hand, uncut tunnel excavation work does not have the above disadvantages. However, since the drill is traveling in the ground, route measurement is indispensable for drilling the ground from the tunnel start point to the tunnel arrival point according to the planned route.
【0006】このように非開削トンネル掘削工事にあっ
ては、ルート計測が重要であるが、従来のルート計測方
法には事後計測方法とリアルタイム計測方法とがある。As described above, route measurement is important in uncut tunnel excavation work. Conventional route measurement methods include a post measurement method and a real time measurement method.
【0007】事後計測方法ではトンネル掘削を少しずつ
進行させる。進行の度に、掘削ドリルに代えて後述する
ルート計測センサをトンネル内に通す。ルート計測セン
サによるルート計測結果から次の掘削方向を決めて掘削
ドリルを進ませる。In the ex-post measurement method, tunnel excavation is advanced little by little. Each time the vehicle travels, a route measurement sensor described later is passed through the tunnel instead of the excavation drill. The next drilling direction is determined from the route measurement result by the route measurement sensor and the drill is advanced.
【0008】リアルタイム計測方法では、掘削ドリルに
後述するルート計測センサを装備し、掘削ドリルの進行
中にリアルタイムで掘削ドリルの掘削位置を検知する。
リアルタイムで掘削ドリルの掘削位置が分かるので、た
えず掘削ドリルの掘削方向を制御してトンネル掘削を行
うことが可能である。In the real-time measuring method, a drilling drill is equipped with a route measuring sensor, which will be described later, and the position of the drilling drill is detected in real time while the drilling is in progress.
Since the digging position of the digging drill can be known in real time, it is possible to constantly control the digging direction of the digging drill to perform tunnel digging.
【0009】ルート計測センサ(ルート計測方法)に
は、電波発振器、ジャイロコンパス、3軸の光ファイバ
ジャイロ、傾斜計、振動ジャイロ等を利用したものがあ
る。Some route measurement sensors (route measurement methods) utilize a radio wave oscillator, a gyro compass, a three-axis optical fiber gyro, an inclinometer, a vibration gyro, and the like.
【0010】電波発振器を使用して電波探査法を行うル
ート計測方法は、図10に示されるように掘削ドリル1
02の先端に電波発振器が装備され、この発振器の発す
る電波Rが地上の電波受信器106で検知される。これ
により掘削ドリル102の位置が探査できる。A route measuring method for performing a radio wave exploration method using a radio wave oscillator uses a drilling drill 1 as shown in FIG.
A radio wave oscillator is provided at the tip of 02 and a radio wave R emitted from this oscillator is detected by a radio wave receiver 106 on the ground. Thereby, the position of the excavation drill 102 can be searched.
【0011】ジャイロコンパスによるルート計測方法
は、ジャイロコンパスを掘削ドリルに装備することによ
り、掘削ドリルの掘削方向が検知できる。掘削ドリルが
掘削して進んだ掘削距離が分かっていれば、この掘削距
離とジャイロコンパスで検知した掘削方向とから掘削ド
リルの位置が割り出せる。In the route measuring method using a gyro compass, the digging direction of the drill can be detected by mounting the gyro compass on the drill. If the excavation distance that the excavation drill has excavated has been known, the position of the excavation drill can be determined from the excavation distance and the excavation direction detected by the gyrocompass.
【0012】光ジャイロ、傾斜計、振動ジャイロ等の変
位角計測ができるルート計測センサを用いる変位角計測
法は、掘削ドリルの角度変位を3次元で検知し、掘削ド
リルの掘削距離と角度変位とから掘削ドリルの位置座標
を演算して求める。A displacement angle measuring method using a route measuring sensor capable of measuring a displacement angle of an optical gyro, an inclinometer, a vibrating gyroscope, etc., detects an angular displacement of a drilling drill in three dimensions, and calculates a drilling distance and an angular displacement of the drilling drill. Calculates the position coordinates of the drilling drill from the above.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上記のルート計測方法
にはそれぞれ問題点があった。The above-described route measurement methods have respective problems.
【0014】事後計測方法は、計測の度に掘削を中断し
なければならず、工事の精度を上げるためには頻繁に計
測が必要であるから中断が頻繁になる。しかも、この計
測には手間がかかり、長い時間とたくさんの人手を要す
るので、費用も多くなる。また、計測データがリアルタ
イムでないことから、計画ルートに対する掘削ドリルの
方向制御をすぐにフィードバックすることができないと
いう欠点があった。このため高精度のトンネル掘削工事
が困難であった。In the post-measurement method, excavation must be interrupted every time measurement is performed, and frequent measurement is required in order to improve the accuracy of construction, so the interruption is frequent. In addition, this measurement is troublesome, requires a long time and a large amount of manpower, and thus increases the cost. In addition, since the measurement data is not real-time, there is a disadvantage that the direction control of the drilling drill with respect to the planned route cannot be immediately fed back. For this reason, high-precision tunnel excavation work was difficult.
【0015】リアルタイム計測方法には、上記事後計測
方法の問題点はないが、ルート計測センサ(ルート計測
方法)によってそれぞれ以下の問題点があった。The real-time measurement method does not have the problems of the post-article measurement method, but has the following problems depending on the route measurement sensor (route measurement method).
【0016】電波探査法は、トンネルが深くなると電波
受信器で検知される電波発振器からの電波が弱くなり計
測ができなくなる。このためトンネルが深くなるときに
は電波を強くするために電波発振器に特別の電源を用意
しなければならない。電波探査法にあっては、どんな場
所でも容易かつ安定した計測を行うということは困難で
ある。In the radio wave exploration method, when the tunnel is deepened, the radio wave from the radio wave oscillator detected by the radio wave receiver becomes weak, and the measurement cannot be performed. For this reason, when the tunnel becomes deep, a special power source must be prepared for the radio wave oscillator in order to strengthen the radio wave. It is difficult to easily and stably measure radio waves in any place.
【0017】ジャイロコンパスは、それ自体の大きさが
大きいので小口径のトンネル掘削工事には使用できな
い。The gyrocompass cannot be used for small-diameter tunnel excavation work because of its large size.
【0018】次に、変位角計測法の問題点はルート計測
センサ別に述べる。Next, problems of the displacement angle measuring method will be described for each route measuring sensor.
【0019】傾斜計(加速度センサ)を利用したルート
計測センサは、90°まで傾斜すると計測誤差が大きく
なるという欠点がある。さらに、90°を越えて傾斜す
ると計測不可能になる。従って、この傾斜計を利用した
ルート計測センサではロール角方向に回転しないように
することが必要である。ここでロール角方向とは掘削ド
リルの回転方向である。傾斜計は掘削ドリルに装備され
ているので、掘削ドリルが回転するときに、傾斜計がロ
ール角方向に回転しないようにするのは機械的に困難で
ある。仮に機械的に傾斜計の回転を防止できても、掘削
ドリルと傾斜計とが相対的に回転することになるので今
度は電気的接続の問題が生じる。また、この機械的及び
電気的問題を解決できても、傾斜計は周波数特性が悪い
ためオーバーシュートなどを生じ、これによる計測誤差
が大きかった。このため高精度のルート計測ができなか
った。A route measurement sensor using an inclinometer (acceleration sensor) has a drawback that a measurement error increases when tilted to 90 °. Further, if the inclination exceeds 90 °, measurement becomes impossible. Therefore, it is necessary to prevent the route measurement sensor using the inclinometer from rotating in the roll angle direction. Here, the roll angle direction is the rotation direction of the excavation drill. Since the inclinometer is mounted on the drilling drill, it is mechanically difficult to prevent the inclinometer from rotating in the roll angle direction when the drilling drill rotates. Even if the rotation of the inclinometer could be mechanically prevented, the drilling drill and the inclinometer would rotate relative to each other, thus causing a problem of electrical connection. Further, even if the mechanical and electrical problems can be solved, the inclinometer has poor frequency characteristics, causing overshoot and the like, resulting in a large measurement error. For this reason, highly accurate route measurement could not be performed.
【0020】振動ジャイロを利用したルート計測センサ
は、振動ジャイロが小型で安価であることから非常に使
用しやすい。しかし、振動ジャイロは圧電セラミックを
使用していることから、温度特性が悪い。また、光ファ
イバジャイロ、傾斜計と比較すると精度が極端に低い。
従って、この振動ジャイロでも高精度のルート計測がで
きなかった。A route measurement sensor using a vibrating gyroscope is very easy to use because the vibrating gyroscope is small and inexpensive. However, since the vibrating gyroscope uses piezoelectric ceramic, it has poor temperature characteristics. Also, the accuracy is extremely low as compared with the optical fiber gyro and the inclinometer.
Therefore, high-accuracy route measurement was not possible even with this vibrating gyroscope.
【0021】光ファイバジャイロを利用したルート計測
センサでは、光ファイバジャイロが精度の点で傾斜計や
振動ジャイロと比較すると高い精度であり、高精度のル
ート計測が可能となる。また、上記傾斜計のように傾斜
角度が90°近くになっても誤差が大きくなることはな
い。また、360°で計測可能であり、しかもその精度
は360°で一様な精度である。従って、傾斜計を利用
したルート計測センサのような傾斜角度を小さく保つた
めの回転防止を行う必要はない。一方、振動ジャイロに
比較すると光ファイバジャイロは小型化に限界があっ
た。In a route measuring sensor using an optical fiber gyro, the optical fiber gyro has higher accuracy in terms of accuracy than an inclinometer or a vibrating gyroscope, and enables highly accurate route measurement. Also, the error does not increase even if the tilt angle approaches 90 ° as in the above inclinometer. In addition, measurement is possible at 360 °, and the accuracy is uniform at 360 °. Therefore, it is not necessary to prevent rotation for keeping the inclination angle small, unlike a route measurement sensor using an inclinometer. On the other hand, compared with the vibrating gyroscope, the optical fiber gyroscope has a limit in miniaturization.
【0022】以上説明したように、従来の技術によれ
ば、リアルタイム計測が望まれるものの、そのためのル
ート計測センサには計測精度の問題点があり、小口径の
トンネルではルート計測センサの小型化の問題があっ
た。As described above, according to the prior art, although real-time measurement is desired, the route measurement sensor for that purpose has a problem of measurement accuracy. There was a problem.
【0023】上記した掘削ドリルは地上部で方向制御を
行うものであるから、方向制御をリアルタイムで行うに
はルート計測センサの計測データを地上部に通信する必
要がある。しかし、通信ケーブルにより有線で通信を行
うには掘削ドリルや圧入パイプが回転し、かつ圧入パイ
プの長さが変化するので通信ケーブルのねじれや長さ変
化の問題を解決する必要がある。Since the above-mentioned excavation drill performs direction control on the ground, it is necessary to communicate the measurement data of the route measurement sensor to the ground in order to perform the direction control in real time. However, in order to perform wired communication using a communication cable, it is necessary to solve the problem of twisting and length change of the communication cable because the drill and the press-fit pipe rotate and the length of the press-fit pipe changes.
【0024】また、ルート計測センサを用いる変位角計
測法は、掘削ドリルの掘削距離を正確に検知する必要が
ある。In the displacement angle measuring method using the route measuring sensor, it is necessary to accurately detect the digging distance of the digging drill.
【0025】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、小口径のトンネルにおいてもリアルタイムで高精度
の位置検出を可能とするトンネル掘削マシンの位置検出
システムを提供することにある。It is an object of the present invention to provide a position detection system for a tunnel excavating machine that solves the above-mentioned problems and enables high-precision position detection in real time even in a small-diameter tunnel.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、円筒状に形成された胴体と、その胴体の軸
方向先端部に一体的に形成された刃と、この先端部外方
に向けて泥水を吹き出す吹き出し口とからなるドリルを
上記先端部より地中に注入し、このドリルを地上部より
圧入パイプを介して回転及び圧入力を伝達して回転させ
つつ圧入してトンネルを掘削するトンネル掘削マシンに
おいて、上記ドリルの胴体内の刃近傍に3軸の光ファイ
バジャイロよりなる変位角計測センサを設け、上記変位
角計測センサをベアリング等の回転機構を介してドリル
胴体内に回転自在に保持させ、かつ上記変位角計測セン
サに重りを取り付けて、ドリルが回転しても上記変位角
計測センサが回転しないようにし、上記ドリルの後部へ
順次継ぎ足される圧入パイプ内に順次接続可能に通信ケ
ーブルを挿通・固定し、上記変位角計測センサと上記通
信ケーブル及び電源とをスリップジョイントを介して接
続し、地上部にこの変位角計測センサから通信ケーブル
を介して得る変位角データと上記圧入パイプを圧入した
長さから得る掘削距離とからドリルのルート及び位置の
計測・表示を行う演算表示部を設け、この計測の結果に
基づいてドリルの方向制御ができるように構成したもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a cylindrical body and a shaft of the body.
Blade formed integrally with the tip in the direction
A drill that blows out muddy water
Inject it into the ground from the tip, and drill this drill from the ground
Rotate by transmitting rotation and press input through press-fit pipe
Into a tunnel excavation machine that presses and excavates a tunnel
Fraud and mitigating risk displacement angle measuring sensor consisting of an optical fiber gyroscope of 3 axes blade near the fuselage of the drill is provided, the displacement
Drill the angle measurement sensor via a rotating mechanism such as a bearing
It is held rotatably in the fuselage and the displacement angle measurement sensor
When the drill is rotated, the above displacement angle
As measurement sensor does not rotate, sequentially spliced sequentially connectable to the communication cable in the press-fitting the pipe is to the rear of the drill is inserted and fixed, the displacement angle measuring sensor and the through
Cable and power supply via a slip joint.
A calculation display unit for measuring and displaying the route and position of the drill from the displacement angle data obtained from the displacement angle measurement sensor via the communication cable and the excavation distance obtained from the length of the press-fitted pipe pressed into the ground portion. And the drill direction can be controlled based on the result of the measurement.
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【0029】上記変位角計測センサを主に光ファイバか
らなるオールファイバ型光ファイバジャイロ若しくは光
導波路素子を有する光ファイバジャイロから構成しても
よい。The displacement angle measuring sensor may be constituted by an all-fiber optical fiber gyro mainly composed of an optical fiber or an optical fiber gyro having an optical waveguide element.
【0030】[0030]
【作用】上記構成により、3軸の光ファイバジャイロよ
りなる変位角計測センサはドリルの胴体内の刃近傍に位
置しているので、ドリルの角度変化を忠実に検知するこ
とができる。また、ドリルの後部へ順次継ぎ足される圧
入パイプ内に順次接続可能に通信ケーブルを挿通したの
で、ドリルが所定距離前進する毎に圧入パイプを継ぎ足
し、同時に通信ケーブルを継ぎ足すことができる。これ
により通信ケーブルの送り出しが簡素化される。この通
信ケーブルを介して、地上部において変位角計測センサ
の変位角データを得ることができる。掘削距離は圧入パ
イプを圧入した長さから得るので、容易にかつ誤差の小
さい掘削距離が得られる。According to the above construction, the displacement angle measuring sensor composed of the three-axis optical fiber gyro is located near the blade in the body of the drill, so that the change in the angle of the drill can be accurately detected. Further, since the communication cable is inserted into the press-fit pipe sequentially connected to the rear portion of the drill so that the communication cable can be sequentially connected, the press-fit pipe can be added every time the drill advances a predetermined distance, and the communication cable can be added simultaneously. This simplifies the delivery of the communication cable. Through this communication cable, displacement angle data of the displacement angle measurement sensor can be obtained on the ground. Since the excavation distance is obtained from the length of the press-fitted pipe, the excavation distance can be obtained easily and with a small error.
【0031】前記したようにドリルの方向制御は地上部
で行われるが、演算表示部がドリルのルート及び位置の
計測・表示を行うので、オペレータがこの表示を見なが
ら容易に方向制御できる。As described above, the direction control of the drill is performed on the ground portion. However, since the operation display section measures and displays the route and position of the drill, the operator can easily control the direction while watching the display.
【0032】前述したように、光ファイバジャイロは振
動ジャイロに比較して小型化に限界があった。しかし、
本出願人は、光導波路素子を利用した光ファイバジャイ
ロを導入すれば小型化が可能であり、小口径と言われる
直径40mmのパイプに対応できる程度の大きさの光フ
ァイバジャイロが製造可能となることを見出した。即
ち、変位角計測センサを主に光ファイバからなるオール
ファイバ型光ファイバジャイロから構成してもよいし、
光導波路素子を有する光ファイバジャイロから構成して
もよい。As described above, the optical fiber gyro has a limit in miniaturization as compared with the vibrating gyro. But,
The present applicant can reduce the size by introducing an optical fiber gyro using an optical waveguide element, and can manufacture an optical fiber gyro of a size that can correspond to a pipe having a diameter of 40 mm, which is called a small diameter. I found that. That is, the displacement angle measurement sensor may be configured by an all-fiber optical fiber gyro mainly composed of an optical fiber,
An optical fiber gyro having an optical waveguide element may be used.
【0033】ところで、光ファイバジャイロを利用した
ルート計測センサは、変位角を検知する他のルート計測
センサに比べて高精度のルート計測が可能であるが、反
面、光ファイバジャイロがあまりに高精度、高分解能で
あるため地球の回転角速度まで検知してしまう。高精度
なルート計測では、この地球の自転角速度の影響により
大きな測定誤差が生じるという問題がある。A route measurement sensor using an optical fiber gyro can perform route measurement with higher accuracy than other route measurement sensors that detect a displacement angle, but on the other hand, an optical fiber gyro has too high accuracy. Because of the high resolution, it detects even the rotational angular velocity of the earth. In high-precision route measurement, there is a problem that a large measurement error occurs due to the influence of the rotation angular velocity of the earth.
【0034】一般に、計測する管路(トンネル)は殆ど
直線であるから、ルート計測センサが管路を通る間に方
位の変化が殆どない。ルート計測センサが方位変化する
とき変位角の検知に地球の自転角速度の影響が現われる
ので、方位変化が殆ど無ければ地球の自転角速度に影響
されずにルート計測ができる。In general, since the pipeline (tunnel) to be measured is almost straight, there is almost no change in azimuth while the route measurement sensor passes through the pipeline. When the direction of the route measurement sensor changes, the detection of the displacement angle is affected by the rotation angular velocity of the earth. Therefore, if there is almost no change in the direction, the route can be measured without being affected by the rotation angular velocity of the earth.
【0035】しかし、ルート計測センサを構成する3軸
の光ファイバジャイロはドリルの胴体内に設けられてい
る。従って、ドリルが回転するとルート計測センサも回
転することになる。ここで、各軸の光ファイバジャイロ
は、それぞれロール角、ピッチ角、ヨー(偏揺れ)角の
変位を検知する。ロール角はドリルの回転方向に一致す
る。ピッチ角及びヨー角に関しては、ピッチ角が水平面
からの上下角度に一致し、ヨー角が方位に一致するのが
好ましいが、ルート計測センサがロール角方向に傾いた
状態では、ピッチ角、ヨー角の光ファイバジャイロはそ
れぞれ上下角度成分と方位成分とを含むことになる。こ
のため、ルート計測センサがロール角方向に回転する
と、ピッチ角方向、ヨー角方向の光ファイバジャイロに
おいては、ロール回転の前後で方位成分が変化すること
になり、変位角の検知に地球の自転角速度が影響するこ
とになる。例えば、ロール角が90°であるとピッチ
角、ヨー角の光ファイバジャイロが受ける地球の自転角
速度が丁度入れ替わる。However, the three-axis optical fiber gyro constituting the route measurement sensor is provided in the body of the drill. Therefore, when the drill rotates, the route measurement sensor also rotates. Here, the optical fiber gyro of each axis detects the displacement of the roll angle, the pitch angle, and the yaw (yaw) angle, respectively. The roll angle corresponds to the direction of rotation of the drill. Regarding the pitch angle and the yaw angle, it is preferable that the pitch angle coincides with the vertical angle from the horizontal plane and the yaw angle coincides with the azimuth. However, when the route measurement sensor is inclined in the roll angle direction, the pitch angle and the yaw angle Each of the optical fiber gyros includes an up-down angle component and an azimuth component. For this reason, when the route measurement sensor rotates in the roll angle direction, the azimuth component changes before and after the roll rotation in the optical fiber gyro in the pitch angle direction and the yaw angle direction, and the rotation of the earth is used to detect the displacement angle The angular velocity will have an effect. For example, if the roll angle is 90 °, the rotation angular velocity of the earth which is received by the optical fiber gyro having the pitch angle and the yaw angle is just switched.
【0036】このように掘削時にドリルが回転すると各
光ファイバジャイロがロール角方向に回転し、ピッチ
角、ヨー角の光ファイバジャイロは測定中に地球の自転
角速度成分が変動するため大きな計測誤差を生じる。As described above, when the drill rotates during excavation, each optical fiber gyro rotates in the roll angle direction, and the pitch and yaw optical fiber gyros cause a large measurement error because the rotation angular velocity component of the earth fluctuates during measurement. Occurs.
【0037】ここで、参考のため、地球の自転角速度に
よる誤差を示す。Here, for reference, an error due to the rotation angular velocity of the earth is shown.
【0038】日本では、方位変化がθ°のとき、10分
間にほぼ下記のa°の角度誤差がピッチ角に生じる。
(ロール回転が無い場合。) 自転角速度=360°/86400秒(1日)=0.004°/秒 角度誤差a=0.004°/秒×sinθ×(10×60秒)…(1) 例えば、θ=5°のとき(1)式より、a=0.2°と
なる。In Japan, when the azimuth change is θ °, the following angle error of approximately a ° occurs in the pitch angle in 10 minutes.
(When there is no roll rotation.) Rotational angular velocity = 360 ° / 86400 seconds (1 day) = 0.004 ° / second Angle error a = 0.004 ° / second × sin θ × (10 × 60 seconds) (1) For example, when θ = 5 °, a = 0.2 ° from equation (1).
【0039】また、ロール回転角φ°のとき、10分間
にほぼ下記のb°の角度誤差がピッチ角及びヨー角に生
じる。(方位変化がない場合。)なお、ロール回転の初
期状態でピッチ角方向に自転角速度が最大となっている
ものとする。When the roll rotation angle is φ °, the following b ° angle error occurs in the pitch angle and the yaw angle in 10 minutes. (When there is no change in azimuth.) It is assumed that the rotation angular velocity is maximum in the pitch angle direction in the initial state of roll rotation.
【0040】 角度誤差b=0.004°/秒×sinφ×(10×60秒)…(2) 例えば、φ=5°のとき(2)式より、b=2.4°と
なる。Angle error b = 0.004 ° / sec × sin φ × (10 × 60 seconds) (2) For example, when φ = 5 °, b = 2.4 ° from equation (2).
【0041】方位変化もロール回転もないものとし、
今、ピッチ角方向に自転角速度が最大(ピッチ角方向の
光ファイバジャイロの検知方向が東西に向いている)と
なっているとする。このピッチ角方向の光ファイバジャ
イロが検出する自転角速度が変化しなければピッチ角の
測定誤差は生じない。即ち、初期設定時に、地球の自転
より受ける初期角速度を検知しておき、計測時には計測
した回転角速度からこの初期角速度を差し引いてドリル
のピッチ角方向の回転角速度とすることができる。この
回転角速度から求めた変位角は、計測の途中で自転角速
度の変化がないので誤差角度がゼロである。ヨー角につ
いても同様に変位角の誤差角度がゼロである。It is assumed that there is no azimuth change and roll rotation,
Now, it is assumed that the rotation angular velocity is maximum in the pitch angle direction (the direction of detection of the optical fiber gyro in the pitch angle direction is east-west). If the rotation angular velocity detected by the optical fiber gyro in the pitch angle direction does not change, no measurement error of the pitch angle occurs. That is, at the time of initial setting, the initial angular velocity received from the rotation of the earth is detected, and at the time of measurement, this initial angular velocity can be subtracted from the measured rotational angular velocity to obtain the rotational angular velocity in the pitch angle direction of the drill. The error angle of the displacement angle obtained from the rotational angular velocity is zero because there is no change in the rotational angular velocity during the measurement. Similarly, for the yaw angle, the error angle of the displacement angle is zero.
【0042】本発明の構成によれば、変位角計測センサ
がベアリング等の回転機構を介してドリル胴体内に回転
自在に保持されており、かつ変位角計測センサに重りが
取り付けられている。ドリルが回転すると変位角計測セ
ンサは慣性によりドリルと相対的に回転し、もとの回転
角を維持する。重りは変位角計測センサの慣性モーメン
トを増大するので変位角計測センサはいっそう回転しづ
らくなり、もとの回転角を維持する。なお、上記もとの
回転角とは、変位角計測センサ及び重りがバランスして
いるときの回転角のことである。変位角計測センサは、
外力の助けを必要とせず自身のバランスにより、重力方
向に対して常に同じ方向を向いていることができる。こ
のようにして変位角計測センサにおけるロール角の変化
がなくなり、自転角速度の変化がなくなるので誤差角度
はゼロとなる。According to the structure of the present invention, the displacement angle measuring sensor is rotatably held in the drill body via a rotating mechanism such as a bearing, and the weight is attached to the displacement angle measuring sensor. When the drill rotates, the displacement angle measurement sensor rotates relative to the drill due to inertia, and maintains the original rotation angle. Since the weight increases the moment of inertia of the displacement angle measurement sensor, the displacement angle measurement sensor becomes more difficult to rotate, and maintains the original rotation angle. The original rotation angle is a rotation angle when the displacement angle measurement sensor and the weight are balanced. The displacement angle measurement sensor is
Due to its own balance without the need for external force, it can always be oriented in the same direction relative to the direction of gravity. Thus, the roll angle in the displacement angle measurement sensor does not change, and the rotation angular velocity does not change, so that the error angle becomes zero.
【0043】このようにして変位角計測センサがドリル
及び圧入パイプと相対的に回転することになる。圧入パ
イプには通信ケーブルが挿通されている。通信ケーブル
は電源のケーブルを含んでもよい。電源を電池とする場
合はドリル内に電源が内蔵される。圧入パイプの回転に
伴って通信ケーブル及び電源が回転し、変位角計測セン
サと相対的に回転することになる。このとき変位角計測
センサと通信ケーブル及び電源とがスリップジョイント
を介して接続されていれば、変位角計測センサに捩じり
の力が加わることがない。In this way, the displacement angle measuring sensor rotates relative to the drill and the press-fit pipe. A communication cable is inserted through the press-fitting pipe. The communication cable may include a power cable. When a battery is used as the power source, the power source is built in the drill. The communication cable and the power supply rotate with the rotation of the press-fitting pipe, and rotate relative to the displacement angle measurement sensor. At this time, if the displacement angle measurement sensor, the communication cable, and the power supply are connected via the slip joint, no torsional force is applied to the displacement angle measurement sensor.
【0044】[0044]
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【0045】図2に本発明の位置検出システムを使用し
た非開削トンネル掘削工事の例を示す。この工事の手順
は図10で説明した従来の手順と同じであり、トンネル
開始点101に設置した圧入機103で円内に拡大して
示した本発明のドリル202を回転させながら圧入し、
トンネルを掘削する。このドリル202は回転及び圧入
力を伝達する圧入パイプ204を介して掘削ドリル圧入
機103に連結されており、圧入パイプ204を順次継
ぎ足して繰り出すことによりドリル202が前進する。FIG. 2 shows an example of an uncut tunnel excavation work using the position detection system of the present invention. The procedure of this construction is the same as the conventional procedure described with reference to FIG. 10, and the press-fitting machine 103 installed at the tunnel starting point 101 press-fits while rotating the drill 202 of the present invention shown enlarged in a circle,
Excavate the tunnel. The drill 202 is connected to the drilling press-fitting machine 103 via a press-fitting pipe 204 for transmitting rotation and press-fitting, and the drill 202 moves forward by successively adding and feeding out the press-fitting pipe 204.
【0046】図1は本発明のドリル202の断面図であ
る。ドリル202は円筒状に形成された胴体18を有し
ている。その胴体18の軸方向の先端部には軸方向に対
して所定の傾斜面18aを有する刃10が一体的に形成
されている。この刃10は土砂を掘削するためのもので
ある。胴体18には泥水を圧送する管路9が設けられて
おり、この管路9は胴体18の先端部の傾斜面18aに
開口し、先端部外方に向けて泥水を吹き出す吹き出し口
19を形成している。吹き出し口19から吹き出される
泥水は土砂の掘削に利用されると共に掘削した土砂の排
出に利用される。このドリル202は図2で説明したよ
うに先端部より地中に注入し、地上部より圧入パイプ2
04を介して回転させつつ圧入してトンネルを掘削する
ものである。また、吹き出し口19からの泥水の吹き出
しとドリル202の正逆回転とにより方向を変えること
ができる。FIG. 1 is a sectional view of a drill 202 according to the present invention. The drill 202 has a body 18 formed in a cylindrical shape. A blade 10 having a predetermined inclined surface 18a with respect to the axial direction is integrally formed at the tip of the body 18 in the axial direction. This blade 10 is for excavating earth and sand. The body 18 is provided with a conduit 9 for pumping muddy water. The conduit 9 opens at an inclined surface 18a at the tip of the body 18 and forms an outlet 19 for blowing muddy water toward the outside of the tip. are doing. The muddy water blown out from the outlet 19 is used for excavation of earth and sand and used for discharging the excavated earth and sand. This drill 202 is injected into the ground from the tip as described with reference to FIG.
The tunnel is excavated by press-fitting while rotating through the hole 04. Further, the direction can be changed by blowing muddy water from the blow-out port 19 and rotating the drill 202 forward and backward.
【0047】方向の変え方は、まずドリル202の回転
と圧入とを停止し、泥水の吹き出しを続ける。また、こ
れに合わせてドリル202を所定角度だけ正逆回転させ
る。泥水の当たっている土砂が柔らかくなったり、削れ
たりする。泥水の吹き出し方向がドリル202の進行方
向に対して傾斜しているので、ドリル202の正面より
偏って土砂がえぐれることになる。その後、回転と圧入
とを再開すると、そのえぐれた方向にドリル202が進
むことになる。このようにドリル202の回転と圧入と
を停止したときの吹き出し口19の方向が次の進行方向
を決定することになる。ここで、ドリル202が圧入パ
イプ204を介して地上と連結されているので、地上部
で圧入パイプ204の回転角度を制御することにより、
吹き出し口19の方向を制御することができる。To change the direction, first, the rotation and press-fitting of the drill 202 are stopped, and the blowing of muddy water is continued. Further, in accordance with this, the drill 202 is rotated forward and backward by a predetermined angle. The mud hits the earth and softens or is shaved. Since the direction in which the muddy water is blown is inclined with respect to the traveling direction of the drill 202, the earth and sand will be deviated from the front of the drill 202. Thereafter, when the rotation and the press-fitting are resumed, the drill 202 advances in the depressed direction. Thus, the direction of the outlet 19 when the rotation and press-fitting of the drill 202 are stopped determines the next traveling direction. Here, since the drill 202 is connected to the ground via the press-fit pipe 204, by controlling the rotation angle of the press-fit pipe 204 on the ground,
The direction of the outlet 19 can be controlled.
【0048】ドリル202の胴体18内にはこの胴体1
8と同軸の円柱状の空間が設けられており、この空間の
刃10近傍に3軸の光ファイバジャイロよりなる変位角
計測センサ11が設けられている。変位角計測センサ1
1はベアリング等の回転機構14を介してドリル胴体1
8内に回転自在に保持されている。この変位角計測セン
サ11の一側には回転防止用の重り15が取り付けられ
ている。ドリル202が回転しても変位角計測センサ1
1はその自重及び重り15の慣性により回転しないよう
になっている。なお、変位角計測センサ11の重心をド
リル202の回転軸よりずらすようにして変位角計測セ
ンサ11の自重に重り15の働きをさせてもよい。In the body 18 of the drill 202, the body 1
A columnar space coaxial with 8 is provided, and a displacement angle measuring sensor 11 composed of a triaxial optical fiber gyro is provided near the blade 10 in this space. Displacement angle measurement sensor 1
Reference numeral 1 denotes a drill body 1 via a rotating mechanism 14 such as a bearing.
8 rotatably held therein. A weight 15 for preventing rotation is attached to one side of the displacement angle measurement sensor 11. Displacement angle measurement sensor 1 even if drill 202 rotates
1 does not rotate due to its own weight and the inertia of the weight 15. Note that the weight of the displacement angle measurement sensor 11 may be made to function as the weight 15 by shifting the center of gravity of the displacement angle measurement sensor 11 from the rotation axis of the drill 202.
【0049】上記胴体18内の空間には変位角計測セン
サ11のためのニッカド電池等の電源12が設けられて
いる。変位角計測センサ11と電源12とはカップリン
グジョイント等のフレキシブルジョイントからなるパイ
プ16及びスリップリング17を介して連結されてい
る。パイプ16及びスリップリング17は変位角計測セ
ンサ11に固定され、電源12に対しては回転自在であ
る。このパイプ16に重り15を取り付けてもよい。変
位角計測センサ11からの計測データを地上に送るため
の通信ケーブル13及び電源ケーブルはパイプ16に挿
通され、スリップリング17に接続されている。スリッ
プリング17は、変位角計測センサ11側の通信ケーブ
ル13及び電源ケーブルと電源12側の通信ケーブル1
3及び電池とを回転角に無関係に電気的に接続するもの
である。なお、電源12を変位角計測センサ11と同じ
ようにベアリング等の回転機構14を介してドリル胴体
18内に回転自在に保持してもよいし、その電源12に
重り15を取り付けてもよい。また、電源12から地上
へ向かう通信ケーブル13を後方のスリップリング17
から引き出してもよい。A power supply 12 such as a nickel-cadmium battery for the displacement angle measuring sensor 11 is provided in the space inside the body 18. The displacement angle measurement sensor 11 and the power supply 12 are connected via a pipe 16 formed of a flexible joint such as a coupling joint and a slip ring 17. The pipe 16 and the slip ring 17 are fixed to the displacement angle measurement sensor 11 and are rotatable with respect to the power supply 12. A weight 15 may be attached to the pipe 16. A communication cable 13 and a power cable for sending measurement data from the displacement angle measurement sensor 11 to the ground are inserted through a pipe 16 and connected to a slip ring 17. The slip ring 17 includes the communication cable 13 and the power cable on the displacement angle measurement sensor 11 side and the communication cable 1 on the power source 12 side.
3 and the battery are electrically connected irrespective of the rotation angle. The power supply 12 may be rotatably held in the drill body 18 via a rotation mechanism 14 such as a bearing, similarly to the displacement angle measurement sensor 11, or a weight 15 may be attached to the power supply 12. The communication cable 13 from the power supply 12 to the ground is connected to the rear slip ring 17.
You may draw it from.
【0050】図4にはドリル202の後部へ順次継ぎ足
される圧入パイプ204が示されている。圧入パイプ2
04は所定の径及び長さを有する中空のパイプ部31
と、他の圧入パイプ204と相互に連結するための連結
具32とからなり、このパイプ部31内に所定の長さの
通信ケーブル33が適宜の箇所に設けた固定具34で固
定されている。通信ケーブル33の両端には雄ピンコネ
クタ35と雌ピンコネクタ36とが設けられており、順
次接続可能となっている。FIG. 4 shows a press-fit pipe 204 which is sequentially added to the rear of the drill 202. Press-fit pipe 2
04 is a hollow pipe portion 31 having a predetermined diameter and length.
And a connecting member 32 for mutually connecting with another press-fitting pipe 204. A communication cable 33 of a predetermined length is fixed in the pipe portion 31 by a fixing member 34 provided at an appropriate position. . A male pin connector 35 and a female pin connector 36 are provided at both ends of the communication cable 33, and can be sequentially connected.
【0051】図3には本発明のシステム構成が示されて
いる。システムは主に、変位角計測センサ11を含みド
リル202の変位角を計測する計測センサ部21、計測
データを地上へ伝達する通信ケーブル22、計測データ
を演算・表示する演算表示部23、本トンネル掘削マシ
ンの圧入機24、インタフェースボックス25からな
る。計測センサ部21の変位角データからなる計測デー
タは通信ケーブル22、インタフェースボックス25を
介して演算表示部23へ伝えられる。演算表示部23
は、圧入機24で圧入パイプ204を圧入した長さから
掘削距離を得て、この掘削距離と変位角データとからド
リル202のルート及び位置の計測を行い、その結果の
表示を行う。FIG. 3 shows a system configuration of the present invention. The system mainly includes a measurement sensor unit 21 including the displacement angle measurement sensor 11 for measuring the displacement angle of the drill 202, a communication cable 22 for transmitting measurement data to the ground, a calculation display unit 23 for calculating and displaying the measurement data, and a tunnel. It comprises a press-fitting machine 24 of an excavating machine and an interface box 25. The measurement data including the displacement angle data of the measurement sensor unit 21 is transmitted to the calculation display unit 23 via the communication cable 22 and the interface box 25. Calculation display section 23
Obtains the digging distance from the length of press-fitting the press-fitting pipe 204 by the press-fitting machine 24, measures the route and position of the drill 202 from the digging distance and the displacement angle data, and displays the result.
【0052】図5は本発明で位相変調方式の光ファイバ
ジャイロの一例を示している。この光ファイバジャイロ
は、光ファイバをループ状にして構成したセンシングコ
イル71を具備し、光源72からの光を光結合・分配器
(カプラ)73により2つに別けて各々の光をセンシン
グコイル71の両端より入射し、センシングコイル71
内を互いに逆方向に伝送させた後、再び光結合・分配器
73により1つに結合し、その光を光結合・分配器(カ
プラ)74を介して受光器75に導いて電気信号に変換
し、信号処理回路76により上記センシングコイル71
内を互いに逆方向に伝送させた2つの光の位相差からセ
ンシングコイル71の周方向に沿った角速度を検出する
センサである。なお、77は光ファイバ偏光子、78は
位相変調器である。光ファイバジャイロはセンシングコ
イル71の周方向に沿った角速度を検出するので、3つ
の光ファイバジャイロを各センシングコイル71が互い
に直交するように配置すれば3軸の光ファイバジャイロ
が構成できる。変位角計測センサ11にあっては、各軸
が、それぞれロール角、ピッチ角、ヨー角の変位を検知
できるように配置される。FIG. 5 shows an example of an optical fiber gyro of the phase modulation type in the present invention. This optical fiber gyro is provided with a sensing coil 71 formed by looping an optical fiber, and separates light from a light source 72 into two by an optical coupling / distributor (coupler) 73 and separates each light into a sensing coil 71. Of the sensing coil 71
After being transmitted in the opposite directions, they are combined again by an optical coupler / distributor 73, and the light is guided to a light receiver 75 via an optical coupler / distributor (coupler) 74 to be converted into an electric signal. The signal processing circuit 76 controls the sensing coil 71
This sensor detects the angular velocity along the circumferential direction of the sensing coil 71 from the phase difference between two lights transmitted in opposite directions. In addition, 77 is an optical fiber polarizer, and 78 is a phase modulator. Since the optical fiber gyro detects the angular velocity along the circumferential direction of the sensing coil 71, a three-axis optical fiber gyro can be configured by arranging three optical fiber gyros such that the sensing coils 71 are orthogonal to each other. In the displacement angle measurement sensor 11, each axis is arranged so as to be able to detect a displacement of a roll angle, a pitch angle, and a yaw angle, respectively.
【0053】光ファイバジャイロは、図5の例のよう
に、主に光ファイバからなるオールファイバ型光ファイ
バジャイロで構成することができる。また、光ファイバ
ジャイロは、図6に示されるように破線で囲った部分を
光導波路素子で構成し、光導波路素子を有する光導波路
型光ファイバジャイロとすることができる。図7の例で
は、図6で破線で囲った部分のうち、光ファイバ偏光子
77、光結合・分配器73、位相変調器78が1つの光
導波路素子81に集積化して構成されている。この集積
化により変位角計測センサ11の小型化が達成される。The optical fiber gyro can be constituted by an all-fiber type optical fiber gyro mainly composed of optical fibers as shown in the example of FIG. In addition, the optical fiber gyro can be configured as an optical waveguide type optical fiber gyro having an optical waveguide element by configuring a portion surrounded by a broken line as shown in FIG. In the example of FIG. 7, the optical fiber polarizer 77, the optical coupling / distributor 73, and the phase modulator 78 of the portion surrounded by the broken line in FIG. 6 are integrated into one optical waveguide element 81. With this integration, downsizing of the displacement angle measurement sensor 11 is achieved.
【0054】次に実施例の作用を述べる。Next, the operation of the embodiment will be described.
【0055】圧入機103により圧入パイプ204を回
転させ、かつ押すことによりドリル202を回転させ圧
入していく。1本分の圧入パイプ204を押した時、通
信ケーブル33を次の圧入パイプ204の通信ケーブル
33に接続し、圧入パイプ204同士を連結具32で連
結する。この連結が完全に固定されたら、再び圧入を開
始する。The press-fitting machine 103 rotates and presses the press-fitting pipe 204 to rotate and press-fit the drill 202. When one press-fitting pipe 204 is pressed, the communication cable 33 is connected to the communication cable 33 of the next press-fitting pipe 204, and the press-fitting pipes 204 are connected to each other by the connecting tool 32. When this connection is completely fixed, press-fitting is started again.
【0056】計測センサ部21は電源を具備しているこ
とから、圧入パイプ204の連結作業時も連続作動す
る。従って、計測センサ部21の初期設定(ノイズ除
去、初期方位設定等)は掘削開始時の1回だけでよいこ
とになる。Since the measuring sensor unit 21 has a power source, it operates continuously even when the press-fitting pipe 204 is connected. Therefore, the initial setting (noise removal, initial azimuth setting, etc.) of the measurement sensor unit 21 only needs to be performed once at the start of excavation.
【0057】変位角計測センサはドリルの胴体内の刃近
傍に位置しているので、ドリルの角度変化を忠実に検知
することができる。この変位角計測センサの変位角デー
タは通信ケーブル33を順次接続してなる通信ケーブル
13(22)を介して地上部に送られる。他方、掘削距
離は圧入パイプ204を圧入した長さから得る。演算表
示部23が変位角データ及び掘削距離をもとにドリル2
02のルート及び位置の計測・表示を行う。オペレータ
はこの表示を見ながら前記した方法で容易に方向制御で
きる。Since the displacement angle measuring sensor is located near the blade in the body of the drill, the change in the angle of the drill can be accurately detected. The displacement angle data of the displacement angle measurement sensor is sent to the ground via a communication cable 13 (22) formed by sequentially connecting the communication cables 33. On the other hand, the excavation distance is obtained from the length of the press-fitted pipe 204. The operation display unit 23 displays the drill 2 based on the displacement angle data and the excavation distance.
Measure and display the route and position of 02. The operator can easily control the direction in the manner described above while watching the display.
【0058】変位角計測センサ11がベアリング等の回
転機構14を介してドリル胴体18内に回転自在に保持
されており、かつ変位角計測センサ11に重り15が取
り付けられている。変位角計測センサは主に重り15に
よる重力バランスのため重り15が下方に位置して安定
することになる。ドリル202が回転すると変位角計測
センサ11及び重り15は慣性によりドリル202と相
対的に回転し、上記重力バランスによる回転角を維持す
る。このようにして変位角計測センサ11におけるロー
ル角の変化がなくなり、自転角速度の変化がなくなるの
で誤差角度はゼロとなる。A displacement angle measuring sensor 11 is rotatably held in a drill body 18 via a rotating mechanism 14 such as a bearing, and a weight 15 is attached to the displacement angle measuring sensor 11. In the displacement angle measuring sensor, the weight 15 is positioned downward and stabilized mainly because of the gravity balance by the weight 15. When the drill 202 rotates, the displacement angle measurement sensor 11 and the weight 15 rotate relative to the drill 202 due to inertia, and maintain the rotation angle due to the gravity balance. Thus, the roll angle in the displacement angle measurement sensor 11 does not change, and the rotation angular velocity does not change, so that the error angle becomes zero.
【0059】本発明の他の実施例を説明する。Another embodiment of the present invention will be described.
【0060】図8に示されるように、3軸の光ファイバ
ジャイロよりなる変位角計測センサ11が円筒状に形成
された胴体18内に収容されている。変位角計測センサ
11と胴体18との間にはベアリング等の回転機構14
が介在しており、変位角計測センサ11或いは、パイプ
16に回転防止用の重り15が取り付けられている。図
1の例とは異なり電源が地上に有る。電源から変位角計
測センサ11への電源供給は通信ケーブル13の接続と
同じようにスリップリング17を介して行われる。As shown in FIG. 8, a displacement angle measuring sensor 11 composed of a triaxial optical fiber gyro is accommodated in a cylindrical body 18. A rotation mechanism 14 such as a bearing is provided between the displacement angle measurement sensor 11 and the body 18.
A weight 15 for preventing rotation is attached to the displacement angle measurement sensor 11 or the pipe 16. Unlike the example of FIG. 1, the power supply is on the ground. The power supply from the power supply to the displacement angle measurement sensor 11 is performed via the slip ring 17 in the same manner as the connection of the communication cable 13.
【0061】[0061]
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。The present invention exhibits the following excellent effects.
【0062】(1)変位角及び掘削距離が正確に検知で
きるので、精度の高いルート計測が可能となり、ドリル
の方向制御を工事ルートどおりに行うことができる。(1) Since the displacement angle and the excavation distance can be accurately detected, highly accurate route measurement can be performed, and the direction control of the drill can be performed according to the construction route.
【0063】(2)小口径のトンネルにおいても、環境
破壊、交通障害などの欠点がない非開削トンネル掘削工
事が精度よくでき、しかもリアルタイムでドリルの方向
制御ができるので、工事時間、工事費用が削減できる。(2) Even in a small-diameter tunnel, non-excavation tunnel excavation work without defects such as environmental destruction and traffic obstruction can be performed accurately, and the direction of the drill can be controlled in real time. Can be reduced.
【図1】本発明の一実施例を示すドリルの断面図であ
る。FIG. 1 is a sectional view of a drill showing one embodiment of the present invention.
【図2】本発明の位置検出システムを使用した非開削ト
ンネル掘削工事の説明図であり、(a)はトンネルの側
断面を、(b)はトンネルの横断面を示しした説明図で
ある。FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams showing an uncut tunnel excavation work using the position detection system of the present invention, wherein FIG. 2A is a side sectional view of the tunnel, and FIG.
【図3】本発明のシステム構成を示すブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram showing a system configuration of the present invention.
【図4】本発明の圧入パイプの側断面図である。FIG. 4 is a side sectional view of the press-fitting pipe of the present invention.
【図5】本発明に用いられるオールファイバ型光ファイ
バジャイロによる位相変調方式の光ファイバジャイロの
構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of an optical fiber gyro of a phase modulation system using an all-fiber optical fiber gyro used in the present invention.
【図6】光導波路型光ファイバジャイロの構成図であ
る。FIG. 6 is a configuration diagram of an optical waveguide type optical fiber gyro.
【図7】光導波路型光ファイバジャイロの構成図であ
る。FIG. 7 is a configuration diagram of an optical waveguide type optical fiber gyro.
【図8】本発明の他の実施例を示すドリルの断面図であ
る。FIG. 8 is a sectional view of a drill showing another embodiment of the present invention.
【図9】従来の開削トンネル掘削工事の説明図であり、
(a)はトンネルの側断面を、(b)はトンネルの横断
面を示した説明図である。FIG. 9 is an explanatory view of a conventional excavation tunnel excavation work,
(A) is an explanatory view showing a side cross section of the tunnel, and (b) is an explanatory view showing a cross section of the tunnel.
【図10】従来の非開削トンネル掘削工事の説明図であ
り、(a)はトンネルの側断面を、(b)はトンネルの
横断面を示した説明図である。10A and 10B are explanatory diagrams showing a conventional uncut tunnel excavation work, in which FIG. 10A is a side sectional view of the tunnel, and FIG. 10B is an explanatory diagram showing a cross section of the tunnel.
10 刃 11 変位角計測センサ 13 通信ケーブル 18 胴体 23 演算表示部 202 ドリル 204 圧入パイプ Reference Signs List 10 blade 11 displacement angle measurement sensor 13 communication cable 18 fuselage 23 calculation display unit 202 drill 204 press-fit pipe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01C 7/06 G01C 7/06 19/72 19/72 P (72)発明者 岡島 弘二 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 芦塚 紀尋 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 梶岡 博 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 中村 康次 大阪府大阪市中央区北浜3丁目5番29号 日立電線株式会社関西支店内 (56)参考文献 特開 昭63−266307(JP,A) 特開 平4−181118(JP,A) 特開 平3−257317(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 15/00 101 - 15/14 E21D 9/06 301 G01C 7/06 G01C 19/72 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI G01C 7/06 G01C 7/06 19/72 19/72 P (72) Inventor Koji Okajima 4-chome Hiranocho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka No. 1-2 Inside Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Norihiro Ashizuka 5-1-1 Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hidaka Plant, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hiroshi Kajioka Hitachi City, Ibaraki Prefecture 5-1-1, Hidakacho Inside the Hidaka Factory, Hitachi Cable Co., Ltd. (72) Inventor Yasuji Nakamura 3-5-2, Kitahama, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside the Kansai Branch of Hitachi Cable, Ltd. (56) Reference Document JP-A-63-266307 (JP, A) JP-A-4-181118 (JP, A) JP-A-3-257317 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01C 15/00 101-15/14 E21D 9/06 301 G01C 7/06 G01C 19/72
Claims (2)
軸方向先端部に一体的に形成された刃と、この先端部外
方に向けて泥水を吹き出す吹き出し口とからなるドリル
を上記先端部より地中に注入し、このドリルを地上部よ
り圧入パイプを介して回転及び圧入力を伝達して回転さ
せつつ圧入してトンネルを掘削するトンネル掘削マシン
において、上記ドリルの胴体内の刃近傍に3軸の光ファ
イバジャイロよりなる変位角計測センサを設け、上記変
位角計測センサをベアリング等の回転機構を介してドリ
ル胴体内に回転自在に保持させ、かつ上記変位角計測セ
ンサに重りを取り付けて、ドリルが回転しても上記変位
角計測センサが回転しないようにし、上記ドリルの後部
へ順次継ぎ足される圧入パイプ内に順次接続可能に通信
ケーブルを挿通・固定し、上記変位角計測センサと上記
通信ケーブル及び電源とをスリップジョイントを介して
接続し、地上部にこの変位角計測センサから通信ケーブ
ルを介して得る変位角データと上記圧入パイプを圧入し
た長さから得る掘削距離とからドリルのルート及び位置
の計測・表示を行う演算表示部を設け、この計測の結果
に基づいてドリルの方向制御ができるように構成したこ
とを特徴とするトンネル掘削マシン位置検出システム。1. A drill comprising a cylindrical body, a blade integrally formed at an axial end of the body, and an outlet for blowing out muddy water to the outside of the distal end. In a tunnel excavating machine that injects the drill into the ground from the tip and transmits the rotation and press input from the ground through a press-fitting pipe to rotate and press-fit to excavate the tunnel, the provided displacement angle measuring sensor consisting of an optical fiber gyroscope of 3 axes in the vicinity of, the variable
Driving the angle measurement sensor via a rotating mechanism such as a bearing
To be rotatable in the body of the
With a weight attached to the sensor, even if the drill rotates, the displacement
So that the angular measurement sensor does not rotate, sequentially connectable to a communication cable in sequence spliced are pressed pipe to the rear of the drill is inserted and fixed, the displacement angle measuring sensor and the
Communication cable and power supply via slip joint
Calculation display unit that measures and displays the route and position of the drill from the displacement angle data obtained from this displacement angle measurement sensor via a communication cable and the excavation distance obtained from the length of press-fitting the press-fitting pipe on the ground unit. Wherein the direction of the drill is controlled based on the result of the measurement.
からなるオールファイバ型光ファイバジャイロ若しくは
光導波路素子を有する光ファイバジャイロから構成する
ことを特徴とする請求項1記載のトンネル掘削マシン位
置検出システム。2. An optical fiber comprising:
An all-fiber optical fiber gyro or
Consisting of an optical fiber gyro having an optical waveguide element
The system for detecting the position of a tunnel excavating machine according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25620393A JP3153688B2 (en) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | Tunnel excavation machine position detection system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25620393A JP3153688B2 (en) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | Tunnel excavation machine position detection system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07113638A JPH07113638A (en) | 1995-05-02 |
| JP3153688B2 true JP3153688B2 (en) | 2001-04-09 |
Family
ID=17289355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25620393A Expired - Fee Related JP3153688B2 (en) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | Tunnel excavation machine position detection system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3153688B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102901495B (en) * | 2012-10-19 | 2015-06-03 | 重庆华渝电气仪表总厂 | Angular displacement optical fiber gyroscope |
| CN112857223A (en) * | 2021-01-19 | 2021-05-28 | 吉力此且 | Optical fiber gyroscope positioning device and method for subway pipe shed positioning measurement |
-
1993
- 1993-10-14 JP JP25620393A patent/JP3153688B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07113638A (en) | 1995-05-02 |
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